電磁流量計在膏體管道流量測試精度的影響因素

摘要：為了研究電磁流量計在濃密膏體管道輸送應(yīng)用時對其流量測試精度的影響因素，本文在循環(huán)管道試驗臺上對其進行測試實驗，測量了不同濃度濃密膏體的管道輸送流量，并與稱重法測試結(jié)果進行對比以確定電磁流量計流量測試精度。同時利用參比電阻法測量不同質(zhì)量濃度下煤泥的電導(dǎo)率，提出了電磁流量計用于煤泥管道流量測試可用精度所對應(yīng)的電導(dǎo)率以及質(zhì)量濃度閾值。結(jié)果表明，濃密膏體為煤泥時，推測當(dāng)質(zhì)量濃度不高于63%，電導(dǎo)率不低于0.035mS/cm時，電磁流量計流量測試精度可靠；且濃度越低電導(dǎo)率越大時，電磁流量計測量效果越好。

高濃度黏稠固體廢棄物，是指工業(yè)生產(chǎn)及市政污水處理過程中產(chǎn)生的含固量高、粘度大、顆粒細的固-液兩相廢棄物或副產(chǎn)品，由于其常溫常壓下流動性較差，在高壓管道輸送時為“不沉降似均質(zhì)濃密膏體”，因此亦稱濃密膏體。包括煤炭行業(yè)的煤泥、給排水行業(yè)的脫水污泥、制造行業(yè)的工業(yè)污泥、石化行業(yè)的油渣和油泥等，涉及二十余個行業(yè)。就上述濃密膏體而言，目前較常用的無害化、資源化處置方式有焚燒、燃燒發(fā)電、土地資源化利用以及填埋等。無論采用哪種無害化、資源化處置方法，輸送均為必不可少的環(huán)節(jié)，新發(fā)展的輸送工藝技術(shù)為管道輸送。不管在工業(yè)現(xiàn)場還是實驗室管道輸送時，流量均是關(guān)鍵參數(shù)，其大小決定了管道輸送的效率。

濃密膏體管道輸送的流量測試是一個尚待解決的難題，管道輸送實驗中一般采用稱重法測量，但該方法測試步驟繁瑣。而電磁流量計的測量不因流體密度、粘度、溫度、壓力、電導(dǎo)率和雷諾數(shù)變化，沒有阻流件，也不會在高流速情況下產(chǎn)生氣蝕，近年來在流體流量測試中被廣泛應(yīng)用。隨著電磁流量計的發(fā)展，現(xiàn)已可測量電導(dǎo)率閾值更低的液體，而當(dāng)濃密膏體濃度較高時不可行，其原因現(xiàn)有文獻中尚沒有準(zhǔn)確的解釋，筆者推測這可能與其濃度過大時電導(dǎo)率太低有關(guān)。本實驗先使用電磁流量計測量一定電導(dǎo)率范圍的煤泥在管道輸送時的流量，并與稱重法測量結(jié)果相對比，得到煤泥在管道輸送時電導(dǎo)率及濃度的閾值，為今后電磁流量計應(yīng)用于其它濃密膏體管道輸送的流量測量提供依據(jù)，對其現(xiàn)場應(yīng)用也具有很重要的指導(dǎo)意義。

1、測試原理及實驗步驟

1.1 電磁流量計原理

本文選用不同質(zhì)量濃度的煤泥在裝有電磁流量計的液壓與流變試驗臺上(實驗原理如圖1)進行管道輸送實驗。電磁流量計根據(jù)電磁感應(yīng)原理測量流過管道中導(dǎo)電流體的流量，故使用電磁流量計的前提是被測流體必須導(dǎo)電，且電導(dǎo)率不能低于閾值(即下限值)。通用型電磁流量計的閾值在(5×10-6)S/cm～10-4S/cm之間，若電導(dǎo)率低于閾值會產(chǎn)生誤差甚至不能測量。根據(jù)電磁感應(yīng)原理(如圖2)，當(dāng)導(dǎo)電流體在磁場強度為B的磁場中切割磁力線時，在線形長度為L的a和b兩點之間會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，為

兩接收電*之間的距離L為已知常數(shù)，B為已知的磁場強度，故εab是單調(diào)函數(shù)，隨μ的變化而變化。而瞬時流量Q等于流速Q(mào)與導(dǎo)管截面積S(常數(shù))的乘積，故有

式中：K為儀器常數(shù)。因此，只要測得εab，即可求得對應(yīng)的流量Q。

1.2 煤泥電導(dǎo)率測試原理及方法

在定制的圓柱狀絕緣料筒中裝入煤泥，利用參比電阻法測量不同質(zhì)量濃度下煤泥的電阻率。*先分別測出定值電阻R的兩端電壓U 0和絕緣料筒兩端的電壓U。由式(3)求得該長度管道內(nèi)煤泥的電阻，并代入式(4)求得煤泥的電阻率，再由k=1/ρ求得煤泥的電導(dǎo)率，即

式中：ρ為電阻率；U為裝有煤泥的圓柱狀絕緣料筒兩端電壓；U 0為定值電阻兩端的電壓；A為橫截面積；L為兩電*之間的距離。

采用四相電*參比電阻法測量煤泥電阻率，設(shè)計實驗電路如圖3所示。實驗步驟如下：

①*先測量絕緣料筒內(nèi)徑及長度。用游標(biāo)卡尺多次從不同角度測量絕緣料筒的內(nèi)徑及長度并記錄，分別取平均值。

②測量室內(nèi)溫度并記錄。

③取適量煤泥加入一定的水，充分攪拌，用含水率儀測量含水率并記錄，使含水率為32%左右，將配好的煤泥裝入絕緣料筒中，然后接通實驗電路。

④利用萬用表分別測量500ψ電阻兩端和絕緣料筒兩端的電壓，待電壓穩(wěn)定后讀數(shù)并記錄。

⑤分別改變電源電壓和煤泥含水率，重復(fù)上述實驗步驟。

2、實驗數(shù)據(jù)及分析

2.1 煤泥電導(dǎo)率實驗數(shù)據(jù)及分析

根據(jù)測量得到的數(shù)據(jù)，以煤泥的質(zhì)量濃度作橫坐標(biāo)，相應(yīng)質(zhì)量濃度煤泥的電導(dǎo)率作縱坐標(biāo)，繪出煤泥電導(dǎo)率與其質(zhì)量濃度的關(guān)系圖(如圖4)。再以電壓為橫坐標(biāo)，相應(yīng)電壓下煤泥的電導(dǎo)率為縱坐標(biāo)，繪出電壓與電導(dǎo)率的關(guān)系圖(如圖5)。

圖4的電導(dǎo)率變化曲線表明，隨著煤泥質(zhì)量濃度的增大，其電導(dǎo)率逐漸降低，并在質(zhì)量濃度為66%時相交于一點；圖5的電導(dǎo)率變化曲線表明，隨著電壓的增大，電導(dǎo)率有逐漸增大趨勢。分析圖4與圖5可得到以下結(jié)論：

①圖4曲線整體呈下降趨勢，說明電導(dǎo)率隨著煤泥質(zhì)量濃度的增大而減小。當(dāng)質(zhì)量濃度低于63%時，不同電壓下電導(dǎo)率隨質(zhì)量濃度變化基本成平行關(guān)系，說明電導(dǎo)率與質(zhì)量濃度和電壓成一定的線性關(guān)系；當(dāng)質(zhì)量濃度為63%～66%時，電導(dǎo)率與質(zhì)量濃度成一定線性關(guān)系，而與電壓不成線性關(guān)系，仍有一定的下降梯度；當(dāng)質(zhì)量濃度大于66%時，電導(dǎo)率隨其增加顯著下降，但是曲線較為復(fù)雜，不易判斷其相互關(guān)系，將用稱重法進行相應(yīng)的驗證。

②圖5曲線整體呈上升趨勢，說明電導(dǎo)率隨電壓的增大而增大。相比電導(dǎo)率隨質(zhì)量濃度的變化，其增大幅度較小。當(dāng)質(zhì)量濃度由61.38%上升到63.20%即增大了1.82%時，電導(dǎo)率增大了0.03mS/cm，而當(dāng)質(zhì)量濃度由63.20%增大到66.25%即增大了3.05%時，電導(dǎo)率卻增加了不到0.01mS/cm。說明質(zhì)量濃度低于63.20%時，電導(dǎo)率變化較明顯；當(dāng)質(zhì)量濃度為66.25%時，電導(dǎo)率為恒定值0.033mS/cm。

2.2 電磁流量計實驗數(shù)據(jù)及分析

*先分析電磁流量計流速數(shù)據(jù)的重復(fù)性。圖6是當(dāng)管內(nèi)流速為0.1m/s(即濃密膏體輸送流速下限)時，電磁流量計測量由大到小的3種質(zhì)量濃度分別為73%，69%，63%的煤泥的實時數(shù)據(jù)曲線。由圖可見濃度較高時電磁流量計難以測出穩(wěn)定的流速數(shù)值，而當(dāng)濃度較低且煤泥流動性非常好時測量數(shù)值較為穩(wěn)定。圖7是質(zhì)量濃度為63%時電磁流量計的3次測試曲線，可見其重復(fù)性良好，故測量結(jié)果可信。相比較煤泥電導(dǎo)率的測試結(jié)果，可以看出當(dāng)質(zhì)量濃度低于63%時，電導(dǎo)率較大，且不同質(zhì)量濃度下電導(dǎo)率變化穩(wěn)定。故推測當(dāng)質(zhì)量濃度低于63%，電導(dǎo)率高于0.035mS/cm時，電磁流量計應(yīng)用于煤泥管道輸送時數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性較高。

其次提取電磁流量計的流速數(shù)據(jù)換算并積分后與稱重質(zhì)量進行對比，分析其數(shù)據(jù)誤差，結(jié)果如表1。可以通過電磁流量計積分后的總流量與稱重數(shù)據(jù)的吻合程度來分析，若二者吻合較好則說明電磁流量計在線測量數(shù)據(jù)顯示雖然可能受到氣泡的影響，但是總流量可以準(zhǔn)確測量；若二者相差較大，則說明電磁流量計不適合對較高質(zhì)量濃度煤泥進行測量。從表1可以看出電磁流量計在質(zhì)量濃度為69%，73%時誤差較大，故測量不準(zhǔn)確；在質(zhì)量濃度為63%時測量誤差較小，說明其測量較準(zhǔn)確。該對比實驗與之前的重復(fù)性分析相符，說明用質(zhì)量濃度及電導(dǎo)率來評價電磁流量計測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性有一定的可行性。

3、結(jié)論

本文通過對煤泥的電導(dǎo)率及電磁流量計管道輸送流量的測量，得出以下結(jié)論：

1)煤泥的電導(dǎo)率數(shù)值隨其質(zhì)量濃度的降低而增大，并且在一定范圍內(nèi)隨質(zhì)量濃度的變化效果更明顯。且電磁流量計不適合較高質(zhì)量濃度煤泥管道流量的測量，但在較低濃度測量時重復(fù)性良好，測量結(jié)果準(zhǔn)確可信，且濃度越低，測量效果越好。

2)電磁流量計在濃密膏體管道流量測量中能否應(yīng)用與其電導(dǎo)率及濃度有關(guān)系。電導(dǎo)率越大，電磁流量計測量效果越好。應(yīng)用于煤泥時，得出當(dāng)質(zhì)量濃度上限值為63%，電導(dǎo)率下限值為0.035mS/cm時，電磁流量計可用于測其流量。

3)通過對煤泥的研究，可以推測當(dāng)電磁流量計應(yīng)用于赤泥、電石泥、污泥等其它濃密膏體的管道輸送時，也應(yīng)有相應(yīng)的濃度及電導(dǎo)率閾值，其數(shù)值可通過試驗獲得。